Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Лекция №3
Тема лекции: Принципы построения сетей документальной электросвязи.
Цель: Изучить принципы построения СДЭС и современные требования к качеству обслуживания потребителей.
Учебные вопросы:
Как известно любая сеть связи представляет собой совокупность узлов связи, оконечных пунктов и линий (каналов) связи. Основной функцией сети является доставка сообщений в соответствии с заданным адресом, при этом должны быть обеспечены необходимые качественные показатели по скорости передачи или времени доставки, верности, надежности и стоимости.
Различают первичные и вторичные сети. Первичная сеть представляет собой сеть типовых каналов и трактов передачи. Первичная сеть может использовать различные линии передачи – кабельные, волоконно-оптические, радиорелейные, спутниковые. Вторичные сети обеспечивают транспортировку и коммутацию сигналов определенных служб электросвязи.
Сети документальной электросвязи относятся к вторичным сетям и обеспечивают работу служб документальной электросвязи (ДЭС).
Коммуникационная сеть – система, состоящая из объектов осуществляющих функции генерации, преобразования, хранения и потребления продукта. Она состоит из пунктов (узлов) сети, и линий передачи (связей, коммуникаций, соединений), осуществляющих передачу продукта между пунктами.
Отличительная особенность коммуникационной сети - большие расстояния между пунктами по сравнению с геометрическими размерами участков пространства, занимаемых пунктами.
Информационная сеть - коммуникационная сеть, в которой продуктом генерирования, переработки, хранения и использования является информация.
Вычислительная сеть - информационная сеть, в состав которой входит вычислительное оборудование. Компонентами вычислительной сети могут быть ЭВМ и периферийные устройства, являющиеся источниками и приемниками данных, передаваемых по сети. Эти компоненты составляют оконечное оборудование данных (ООД или DTE - Data Terminal Equipment). В качестве ООД могут выступать ЭВМ, принтеры, плоттеры и другое вычислительное, измерительное и исполнительное оборудование автоматических и автоматизированных систем. Собственно пересылка данных происходит с помощью сред и средств, объединяемых под названием среда передачи данных.
Условимся, все вышеназванные виды электросвязи и передачи данных называть информационной сетью (ИС), это обусловлено большой общностью применяемых технологий обработки, хранения, доставки информации (в любом её виде) потребителю.
В ИС поток данных в канале связи называют трафиком.
Простейшая сеть состоит из нескольких персональных компьютеров, терминалов, соединенных между собой сетевым кабелем. При этом в каждом каждое устройство подключается с помощью сетевого адаптера.
Информационные сети классифицируются по ряду признаков.
В зависимости от расстояний между связываемыми узлами различают ИС:
территориальные - охватывающие значительное географическое пространство; среди территориальных сетей можно выделить сети региональные и глобальные, имеющие соответственно региональные или глобальные масштабы; региональные сети иногда называют сетями MAN (Metropolitan Area Network), а общее англоязычное название для территориальных сетей - WAN (Wide Area Network);
локальные (ЛВС) - охватывающие ограниченную территорию (обычно в пределах удаленности станций не более чем на несколько десятков или сотен метров друг от друга, реже на 1...2 км); локальные сети обозначают LAN (Local Area Network);
корпоративные (масштаба предприятия) - совокупность связанных между собой ЛВС, охватывающих территорию, на которой размещено одно предприятие или учреждение в одном или нескольких близко расположенных зданиях.
Особо выделяют единственную в своем роде глобальную сеть Internet. В Internet существует понятие интрасетей (Intranet) - корпоративных сетей в рамках Internet.
Различают интегрированные сети, неинтегрированные сети и подсети. Интегрированная вычислительная сеть (интерсеть) представляет собой взаимосвязанную совокупность многих вычислительных сетей, которые в интерсети называются подсетями.
Обычно интерсети приспособлены для различных видов связи: телефонии, электронной почты, передачи видеоинформации, цифровых данных и т.п., и в этом случае они называются сетями интегрального обслуживания.
В зависимости от топологии соединений узлов различают сети шинной (магистральной), кольцевой, звездной, иерархической, произвольной структуры.
Общая шина. Характеризуется использованием общего канала равноправными устройствами. Основное преимущество - простота и низкая стоимость. Основной недостаток - необходимость организации очередности доступа к каналу. Наиболее популярное использование - технология Ethernet, широковещательные радиоканалы с равноправными пользователями.
Кольцо. Пользователи канала могут быть объединены в кольцо одним каналом или независимыми каналами. Первый случай походит на общую шину. Разница в том, что из кольца необходимо удалять передаваемые данные. Наиболее популярное использование - технологии Token Ring и FDDI. Требует управления доступа к каналу. Во втором случае кабельная система дороже, данные передаются с ретрансляцией, зато станции могут обмениваться данными относительно независимо друг от друга. Большое значение имеет наличие двух путей для передачи данных, что повышает производительность и надежность сети. Чаще всего используется при больших расстояниях между узлами, при использовании для их соединения выделенных каналов.
Полносвязная. Каждая пара узлов соединена между собой отдельным каналом. Наиболее дорогая кабельная система. При этом достигается максимальная производительность, надежность, скорость передачи. Используется, например, при соединении ATC телефонной сети, для построения сети передачи общего пользования.
Звезда. Является в то же время элементом иерархической структуры. Отличается относительно высокой стоимостью кабельной системы. Особенно, если узлы находятся на больших расстояниях. Позволяет сосредоточить в одном месте все проблемы по передаче данных, по адресации. Является основой для построения структурированных кабельных систем, широковещательных радиосетей, радиосот.
Иерархия. Позволяет сократить длину кабелей (по сравнению со звездой) и структурировать систему в соответствии с функциональным назначением элементов. Наиболее гибкая структура. Практически все сложные системы имеют в своем составе иерархические структуры.
Сложная структура. Является совокупностью типовых, классических структур. Часто сеть простой структуры создается на основе сети передачи информации сложной структуры (нижняя левая структура).
В ряде случаев с учетом особенностей пользователей СИО наиболее экономически выгодными являются иерархические радиально-кольцевые структуры, в которых каждый топологический уровень сети строится как отдельная сеть по своим собственным топологическим правилам.
В зависимости от способа управления различают сети:
- "клиент/сервер" - в них выделяется один или несколько узлов (их название - серверы), выполняющих в сети управляющие или специальные обслуживающие функции, а остальные узлы (клиенты) являются терминальными, в них работают пользователи. Сети клиент/сервер различаются по характеру распределения функций между серверами, другими словами по типам серверов (например, файл-серверы, серверы баз данных). При специализации серверов по определенным приложениям имеем сеть распределенных вычислений. Такие сети отличают также от централизованных систем, построенных на мэйнфреймах;
- одноранговые - в них все узлы равноправны; поскольку в общем случае под клиентом понимается объект (устройство или программа), запрашивающий некоторые услуги, а под сервером - объект, предоставляющий эти услуги, то каждый узел в одноранговых сетях может выполнять функции и клиента, и сервера;
- сетецентрическая концепция, в соответствии с которой пользователь имеет лишь дешевое оборудование для обращения к удаленным компьютерам, а сеть обслуживает заказы на выполнение вычислений и получения информации. То есть пользователю не нужно приобретать программное обеспечение для решения прикладных задач, ему нужно лишь платить за выполненные заказы. Подобные компьютеры называют тонкими клиентами или сетевыми компьютерами.
В зависимости от того, одинаковое или неодинаковое оборудование применяют в сети, различают сети называемые – однородными и неоднородные (гетерогенные). В крупных автоматизированных системах, как правило, сети оказываются неоднородными.
В зависимости от прав собственности на сети последние могут быть сетями общего пользования (public) или частными (private). Среди сетей общего пользования выделяют телефонные сети ТфОП (PSTN - Public Switched Telephone Network) и сети передачи данных (PSDN- Public Switched Data Network).
Сети также различают в зависимости от используемых в них протоколов и по способам коммутации.
Способы коммутации. Под коммутацией данных понимается их передача, при которой канал передачи данных может использоваться попеременно для обмена информацией между различными пунктами информационной сети в отличие от связи через некоммутируемые каналы, обычно закрепленные за определенными абонентами.
Различают следующие способы коммутации данных:
коммутация каналов - осуществляется соединение ООД двух или более станций данных и обеспечивается монопольное использование канала передачи данных до тех пор, пока соединение не будет разомкнуто;
коммутация сообщений - характеризуется тем, что создание физического канала между оконечными узлами необязательно и пересылка сообщений происходит без нарушения их целостности; вместо физического канала имеется виртуальный канал, состоящий из физических участков, и между участками возможна буферизация сообщения;
коммутация пакетов - сообщение передается по виртуальному каналу, но оно разделяется на пакеты, при этом канал передачи данных занят только во время передачи пакета (без нарушения его целостности) и по ее завершении освобождается для передачи других пакетов.
При обмене данными любое информационное сообщение разбивается на пакеты – блоки данных, служащие для передачи информации.
Передача данных между элементами ИС может вестись параллельно и последовательно.
Соединения бывают симплексные, дуплексные, полудуплексные.
Словосочетание "качество обслуживания" часто встречается в отечественной технической литературе. Не реже оно попадается в публикациях на английском языке (Quality of Service – QoS). Авторы книг, статей и официальных документов на обоих языках употребляют эти слова при описании различных аспектов функционирования телефонных сетей. Ряд специалистов руководствуется рекомендацией МСЭ E.800, которая посвящена терминологии в области качества обслуживания.
Рекомендация E.800 разработана более десяти лет назад. Последние изменения были приняты МСЭ в 1994 году. Это означает, что предлагаемые термины считаются многими организациями, участвующими в работе МСЭ, устоявшимися. Термины, содержащиеся в рекомендации МСЭ E.800, применимы ко всем телекоммуникационным услугам и ко всем видам оборудования, которое используется в сетях электросвязи.
Основным понятием считается качество обслуживания. Оно рассматривается МСЭ как результат совместного проявления характеристик обслуживания. Этот результат определяет степень удовлетворенности пользователя предоставленной ему услугой. Вместе с тем, МСЭ не рекомендует использовать термин "качество обслуживания" ни для сравнительной оценки, ни для каких-либо количественных соотношений.
На рисунке 1, заимствованном из рекомендации E.800, показана модель, которая определяет компоненты качества обслуживания и их взаимные связи. Пунктирная линия делит рисунок на две части. В верхней части показаны основные характеристики качества обслуживания. Качество работы сети иллюстрируется в нижней части модели. Во всех блоках указаны только названия на русском языке.
Рисунок 1. Модель МСЭ по терминам в области качества обслуживания
Большинство пользователей не представляют себе ни принципы Операторской деятельности, ни работу инфокоммуникационной системы. Они, используя терминалы, считают, что обращаются к некому Поставщику инфокоммуникационных услуг. Степень удовлетворенности уровнем обслуживания может оцениваться такими характеристиками:
- обеспечение обслуживания (service support);
- управляемость обслуживания (service operability);
- возможности обслуживания (serveability);
- безопасность обслуживания (service security).
Характеристики обеспечения обслуживания отражают способность Оператора предоставить услуги и способствовать их использованию. Характеристики управляемости обслуживания оценивают удобство и простоту пользования услугами. Возможности обслуживания, в свою очередь, делятся на три группы, для которых в рекомендации МСЭ E.800 предлагаются такие характеристики:
- доступность услуг (service accessibility);
- непрерывность обслуживания (service retainability);
- полноценность обслуживания (service integrity).
Характеристики доступности услуг оценивают возможность их получения (с заранее специфицированными допусками и с соблюдением других заданных условий) по запросу пользователя. Характеристики непрерывности обслуживания определяют возможность пользования полученной услугой с заданными атрибутами в течение запрошенного интервала времени. Характеристики полноценности обслуживания – меры того, что обслуживание, будучи полученным, происходит без значительного ухудшения.
Характеристики безопасности отсутствовали в прежней редакции рекомендации МСЭ E.800. Они связаны со следующими аспектами функционирования сети связи: несанкционированный мониторинг, жульническое использование, злонамеренное повреждение, неправильное применение, ошибка человека, стихийное бедствие.
Все перечисленные выше характеристики обслуживания зависят от качества работы сети, а также от ее функциональных возможностей. Соответствующие связи показаны на рисунке 7.
Характеристики начисления платы (Charging Performance) оцениваются проще, чем в ряде других международных документов. Они определяются как вероятность корректного начисления платы с точки зрения вида связи, пункта назначения, времени суток и длительности соединения.
Характеристики пропускной способности (Trafficability Performance) определяют способность технических средств с известными свойствами обслуживать трафик с определенными параметрами. Эти характеристики разделены на три группы. Термины для первой группы – "Ресурсы и оборудование" – еще не определены. МСЭ считает, что соответствующая работа должна быть выполнена в ближайшее время.
Во вторую группу, названную "Работоспособность" (Dependability), входят такие характеристики:
- готовность (availability) – способность технического средства быть в состоянии выполнять требуемые функции в данный момент времени, или в любой момент внутри заданного интервала времени (при наличии соответствующих внешних ресурсов, если они необходимы);
- надежность (reliability) – способность технического средства выполнять требуемые функции при заданных условиях в течение определенного интервала времени;
- восстанавливаемость (maintainability) – пригодность технического средства к тому, чтобы в установленных условиях его использования техническое обслуживание, проводящееся с применением установленных процедур и ресурсов, обеспечивало поддержание или восстановление такого состояния этого средства, в котором оно может выполнять требуемые функции;
- обеспеченность техобслуживания (maintenance support) – способность Оператора, при заданных правилах технического обслуживания, предусмотреть и, если нужно, задействовать ресурсы, необходимые для поддержания работоспособности определенного технического средства.
К третьей группе относятся характеристики передачи (Transmission Performance). Они определяются как уровень воспроизведения сигнала, переданного через систему связи, которая находится в работоспособном состоянии, при заданных условиях. В рекомендации МСЭ E.800 выделены характеристики среды распространения сигналов (propagation performance). Они определяются как способность этой среды обеспечивать прохождение сигнала с заданными допусками (в отношении шума, помех, колебаний уровня и прочих) без искусственного регулирования этого процесса.
Количественные показатели, соответствующие рассмотренным выше характеристикам, могут либо относиться к некоторому моменту времени (мгновенные значения), либо выражаться как среднее значение за какой-то временной интервал. Эти показатели могут быть связаны с событиями (например, повреждение, восстановление), с состояниями (в частности, хорошее, плохое, нерабочее) или с действиями (операциями по техническому обслуживанию). Ниже приводятся некоторые примеры количественных показателей.
Первая группа примеров относится к характеристикам временных перерывов в обслуживании. Основным понятием для этих характеристик можно считать простой в обслуживании (interruption; break of service) – временная невозможность обеспечить обслуживание в течение периода, превышающего допустимый, обусловленная тем, что по крайней мере один из параметров, необходимых для нормального обслуживания, вышел за установленные для него пределы. Возможные причины – повреждение технических средств, ухудшение характеристик передачи, слишком высокий спрос на обслуживание. К количественным показателям относятся:
- время между простоями (time between interruptions) – промежуток времени между окончанием одного простоя и началом следующего;
- длительность простоя (interruption duration) – продолжительность времени простоя;
- среднее время между простоями (mean time between interruptions) – математическое ожидание времени между простоями;
- средняя длительность простоя (mean interruption duration) – математическое ожидание времени простоя.
Вторая группа примеров связана с количественными показателями доступности услуг (service accessibility):
- вероятность успешного доступа к услуге (service access probability) – вероятность того, что нужная услуга будет получена пользователем (с заданными допусками и с соблюдением других условий) по его запросу;
- средняя длительность задержки получения доступа к услуге (mean service access delay) – математическое ожидание длительности интервала времени между первым запросом пользователя на предоставление услуги и моментом, когда он получил к ней доступ и при этом обслуживание оказалось соответствующим заданным допускам и условиям;
- вероятность получения неверного соединения (misrouting probability) – вероятность того, что при правильно набранном номере пользователь получит соединение не с тем адресатом.
Ранее мы говорили о необходимости соответствия (подобия) характеристик для взаимодействующих сетей. С точки зрения качества обслуживания такая задача рассматривается в рекомендации МСЭ E.801. Она посвящена соглашению о качестве обслуживания (service quality agreement – SQA). Далее будет рассматриваться соглашение об уровне обслуживания, известное по аббревиатуре SLA. Это соглашение можно рассматривать как адаптацию SQA для сетей с коммутацией пакетов. Для разработки соглашений SQA в рекомендации МСЭ E.801 предлагается процедура, которая показана на рисунке 2.
Рисунок 2. Процедура разработки соглашения об уровне обслуживания
Как правило, нормирование показателей качества обслуживания (QoS) для современных инфокоммуникационных сетей осуществляется следующим образом:
- для систем без ожидания устанавливается максимальный порог вероятности потери заявки (вызова или требования иной природы);
- для систем с ожиданием определяются две допустимые величины – среднее значение времени нахождения в очереди или задержки (то есть вместе с обслуживанием) и квантиль соответствующей ФР.
Такие принципы нормирования используются МСЭ и ETSI в документах, прямо или косвенно касающихся показателей качества обслуживания. Вычисление вероятности потерь и среднего значения (математического ожидания), как правило, не представляет серьезных проблем. Хотя в некоторых случаях получение искомых величин никак нельзя отнести к тривиальным задачам. Иная ситуация складывается с получением выражений для расчета ФР, что требует нормирование квантиля. Отказ от гипотезы о пуассоновском потоке существенно усложняет анализ СМО.
Мультисервисная сеть обслуживает все виды трафика. Устанавливать одинаковые требования к показателям качества обслуживания (QoS) для всех видов трафика не представляется разумным по техническим и экономическим соображениям. МСЭ в рекомендации Y.1541 выделил шесть классов (COS – Class of Service), различающихся величинами показателей QoS. В таблице 1 приведены значения трех показателей QoS для шести классов. Эти значения определяются для таких показателей: IPTD – задержка переноса IP пакетов, IPDV – вариация задержки IP пакетов, IPLR – доля потерянных IP пакетов. Значения доли искаженных IP пакетов (IREP) в таблице 1 не приводятся, этот показатель не имеет отношения к рассматриваемым в этом Приложении вопросам. Символ "U" (первая буква в слове "unspecified") указывает на то, что показатель для данного класса обслуживания не нормируется.
Таблица 1. Классы обслуживания для IP пакетов
|
Класс QoS |
IPTD 1) |
IPDV 2) |
IPLR |
|
0 |
100 мс |
50 мс 3) |
10-3. 4) |
|
1 |
400 мс |
50 мс 3) |
10-3. 4) |
|
2 |
100 мс |
U |
10-3. |
|
3 |
400 мс |
U |
10-3. |
|
4 |
1 с |
U |
10-3. |
|
5 |
U |
U |
U |
Примечания:
1) При большом времени распространения сигналов могут возникать сложности для классов "0" и "2" с соблюдением норм на среднее значение времени задержки IP пакетов. Величины IPTD определены для максимальной длины информационного поля пакета 1500 байтов.
2) Величина IPDV определяется разницей между верхней границей, в качестве которой рекомендуется 99,9% квантиль, и нижней границей задержки, измеренной в течение интервала оценки. В качестве длительности этого интервала предлагается выбирать одну минуту. Все эти соображения МСЭ считает предварительными и требующими дополнительного изучения.
3) Эта величина зависит от емкости тракта обмена пакетами. Приемлемая величина вариации достигается для трактов с пропускной способностью 2048 кбит/с и более, а также при длине информационного поля пакетов менее 1500 байтов.
Класс обслуживания "0" предназначен для обмена информацией в реальном времени (в частности, для речи с использованием технологии VoIP). Он предусматривает создание отдельной очереди с приоритетной обработкой пакетов. Для класса обслуживания "0" характерны ограничения на принципы маршрутизации и допустимое расстояние между взаимодействующими терминалами (время распространения сигналов). Интерактивность для класса "0" определяется как "высокая" – high.
Класс обслуживания "1" также предназначен для обмена информацией в реальном времени, но с менее жесткими требованиями. Поэтому накладываются менее жесткие ограничения на принципы маршрутизации и время распространения сигналов, чем для класса "0". Также предусматривается создание отдельной очереди с приоритетной обработкой пакетов.
Класс обслуживания "2" ориентирован на обмен данными с высокой степенью интерактивности. Как и классу "0", присвоен уровень высокой интерактивности. К этому классу относится и сигнальная информация. Для класса обслуживания "2" характерны такие же ограничения на принципы маршрутизации и время распространения сигналов, как для класса "0". Для пакетов этого класса формируется своя очередь на обработку, которая осуществляется со вторым приоритетом. Это означает, что пакеты классов "0" и "1" имеют преимущество на обработку.
Классу обслуживания "3", предназначенному для обмена с менее высоким уровнем интерактивности, присущи те же ограничения на принципы маршрутизации и время распространения сигналов, что и классу "1". Обслуживание пакетов этого класса должно осуществляться со вторым приоритетом.
Класс обслуживания "4" предназначен для обмена различной информацией с низкой вероятностью потери (короткие транзакции, потоковое видео и прочие). Допускаются длинные очереди пакетов на обработку, которая осуществляется со вторым приоритетом. Никакие ограничения на маршрутизацию и время доставки сообщений не накладываются.
Класс обслуживания "5" ориентирован на те IP приложения, которые не требуют высоких показателей QoS. Соответствующие пакеты формируют отдельную очередь; обслуживание осуществляется с самым низким приоритетом (в данном случае он имеет третий номер). Никакие ограничения на маршрутизацию и время доставки сообщений не накладываются.
Сама форма таблицы 1 говорит о том, что заявки в мультисервисной сети обслуживаются по алгоритму с приоритетами и ожиданием. Для незначительной доли заявок (вероятность такого события составляет 0,001) допускаются потери.